Diplomarbeiten


(Fachbereiche): Ingenieurs- und Technische Wissenschaften Umwelttechnik

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Titel Ökobilanz eines Brennstoffzellensystems zur Hausenergieversorgung
Untertitel
AutorIn Julian Scheub
Seiten 93 Seiten
Hochschule Fachhochschule Stralsund Deutschland
Art der Arbeit Diplomarbeit
Abgabe 2003
Note 1,3
Preis 74,00 EUR (inkl. MwSt.)
Bestellnummer 30007089
Sprache Deutsch
Medien Papier / CD
Inhaltsangabe
Einleitung:

Durch die Bereitstellung nutzbarer Energie wird derzeit der größte Anteil der anthropogenen Umweltbelastungen verursacht. Neben den hohen Umweltbelastungen trägt die Endlichkeit fossiler Energieträger maßgeblich zur immer größer werdenden Bedeutung eines rationellen Umgangs und einer effiziente Nutzung der Energie bei. Zur effizienten Bereitstellung elektrischer und thermischer Energie bietet sich die Brennstoffzellentechnologie aufgrund ihrer hohen Wirkungsgrade an.

Der Brennstoffzellentechnologie wird das Potenzial zugeschrieben, die Energieversorgung zu revolutionieren. Die folgenden technologiespezifischen Vorteile sprechen dafür: eine sehr effiziente direkte Umwandlung chemischer in elektrische Energie, ihr modularer Aufbau sowie der ihr dadurch offen stehende breite Anwendungsbereich. Es finden Forschungen im Bereich der portablen, mobilen und stationären Anwendung statt. Durch die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Brennstoffzelle wird die heute noch zentral orientierte Energieversorgungsstruktur durch eine zukünftig stärker dezentrale Versorgung ergänzt oder verdrängt werden.

Die in dieser Arbeit betrachtete Anwendungsmöglichkeit ist die dezentrale elektrische und thermische Hausenergieversorgung. Aufgrund des derzeitigen Problems der Verfügbarkeit und Speicherung von Wasserstoff wurde zur Einführung der Brennstoffzellentechnologie auch die Speicherung von Wasserstoff, insbesondere in Kohlenwasserstoffen, in Betracht gezogen. Die Bereitstellung des Brennstoffes aus fossilen Energieträgern ist jedoch mit erheblichen Umweltwirkungen verbunden, wobei die Brennstoffzelle selbst lokal nur Wasserdampf an die Umwelt abgibt. Mit dem wachsenden Verständnis der Bevölkerung für den Umweltschutz stieg auch das Interesse an Verfahren, die Umweltwirkungen, welche beispielsweise durch die Herstellung und den Verbrauch von Produkten entstehen, zu identifizieren und zu quantifizieren, um sie letztlich zu reduzieren.

Eine für diesen Zweck entwickelte Methodik ist die Ökobilanz nach (DIN 14040-43), auf deren Grundlage die Bilanzierung in dieser Arbeit durchgeführt wurde. Um die Vorteile und Probleme der Brennstoffzellentechnologie unter ökologischen Gesichtspunkten zu betrachten, werden mithilfe der Ökobilanz die Umweltwirkungen der einzelnen Lebenswegphasen und Komponenten zur internen Schwachstellenanalyse transparent dargestellt. Die Bewertung der Umweltwirkungen des gesamten Systems erfolgt im Vergleich zu anderen Energiewandlungssystemen im Bereich der Hausenergieversorgung.

Inhaltsverzeichnis:

ABBILDUNGSVERZEICHNIS 7
VERZEICHNIS VON ABKÜRZUNGEN UND SYMBOLEN 9
1. EINLEITUNG 10
1.1 Brennstoffzellen zur Hausenergieversorgung 11
1.2 Aufgabenstellung und Gliederung der Arbeit 13
2. GRUNDLAGEN 15
2.1 Die Ökobilanz nach ISO-Norm 15
2.1.1 Festlegung des Ziels und Untersuchungsrahmens 16
2.1.2 Sachbilanz 17
2.1.3 Wirkungsabschätzung 18
2.1.4 Auswertung 18
2.1.5 Einschränkung einer Ökobilanz 19
2.2 Die Brennstoffzelle 19
2.2.1 Geschichte und Begriffsklärung der Brennstoffzelle 19
2.2.2 Aufbau und Funktionsweise 23
2.2.3 Brennstoffzellen-Typen und ihre Eignung zur Hausenergieversorgung 27
2.2.4 Stoff- und Energieflüsse 31
2.2.5 Stromspannungskennlinie 36
2.2.6 Überblick der Vor- und Nachteile der Brennstoffzellentechnologie 37
2.3 Brennstoff und Erdgasbereitstellung 38
3. FESTLEGUNG DES ZIELS UND UNTERSUCHUNGSRAHMENS 42
3.1 Beschreibung der Referenzanlage 42
3.2 Zieldefinition 44
3.3 Untersuchungsrahmen 45
3.3.1 Funktionelle Einheit 45
3.3.2 Definition der Systemgrenzen 45
3.3.3 Festlegung der Bilanzierungsgrenzen 45
3.3.4 Infrastrukturelle Aufwendungen 45
3.3.5 Untersuchte Umwelteinwirkungen und Wirkungskategorien 46
3.3.6 Weitere Annahmen 48
4. ERGEBNISSE DER SACHBILANZ UND WIRKUNGSABSCHÄTZUNG 51
4.1 Materialien 51
4.1.1 Bestimmung des Material-Inputs 51
4.1.2 BZ-Subsystem 52
4.1.3 Stack 52
4.1.4 Reformer 53
4.1.5 Eingesetzte Materialien 53
4.2 Herstellung des BZ-Systems 57
4.2.1 Stack 59
4.2.2 Umweltwirkungen der BZ-Peripherie 65
4.2.3 Umweltwirkungen des Reformers 66
4.3 Nutzungsphase 68
5. GESAMTBILANZ DES STATIONÄREN BRENNSTOFFZELLENSYSTEMS 72
5.1 Technologiebilanz 72
5.2 Produktbilanz 76
6. ZUSAMMENFASSUNG 80
7. LITERATURVERZEICHNIS 82
8. ANHANG 84

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